¿Por qué el aire invernal en el este de los Estados Unidos sigue siendo tan sucio?

¿Por qué el aire invernal en el este de los Estados Unidos sigue siendo tan sucio?

A pesar de los niveles más bajos de emisiones dañinas de las centrales eléctricas y los vehículos durante todo el año, la contaminación del aire en el invierno en el este de los Estados Unidos sigue siendo alta. Un nuevo estudio explica por qué.

Los investigadores afirman que el verano solía ser el niño del póster para las partículas que contienen neblina que causan asma, cáncer de pulmón y otras enfermedades.

“En los últimos 10 años aproximadamente, los niveles de contaminación del aire en el verano han disminuido rápidamente, mientras que los niveles de contaminación del aire en el invierno no lo han hecho. La calidad del aire en verano es ahora casi la misma que en invierno en el este de los Estados Unidos ", dice el autor correspondiente Viral Shah, quien realizó el trabajo como parte de su doctorado en ciencias atmosféricas en la Universidad de Washington. "Hemos señalado los procesos químicos que explican la diferencia estacional en la respuesta a las reducciones de emisiones".

El estudio, que aparece en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias, muestra que las partículas siguen diferentes caminos en el invierno.

Sabores de smog

Los resultados se obtuvieron al analizar las observaciones recopiladas durante la campaña 2015 Wintertime Investigation of Transport, Emissions and Reactivity (WINTER). Durante ese esfuerzo, los investigadores pasaron seis semanas en invierno volando a través de las columnas de contaminación en la ciudad de Nueva York, Baltimore, Cincinnati, Columbus, Pittsburgh, Washington, DC, y en las centrales eléctricas de carbón del valle del río Ohio.

"Ahora tenemos una mejor herramienta para ver cuál es la mejor estrategia para mejorar la calidad del aire en invierno ..."

Las partículas que forman smog vienen en diferentes sabores. Dos importantes son los sulfatos, provenientes del dióxido de azufre emitido principalmente por las centrales eléctricas de carbón, y los nitratos, creados a partir de óxidos de nitrógeno conocidos colectivamente como NOx. Las regulaciones de calidad del aire han reducido el dióxido de azufre en los EE. UU. En 68 por ciento entre 2007 y 2015, y el NOx en aproximadamente un tercio durante ese tiempo.

Los niveles de partículas de verano, cuando los dos sabores de los óxidos se agrupan en paquetes acuosos de nitratos y sulfatos que crean hermosas puestas de sol pero dañan la salud humana, han disminuido en el este de los Estados Unidos en aproximadamente un tercio durante ese tiempo. Pero las concentraciones de partículas en invierno han disminuido en solo la mitad, por razones que no estaban claras.


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“Los modelos de calidad del aire que utilizamos para comprender el origen de la contaminación del aire funcionan bastante bien en verano, pero tienen algunos problemas en el invierno. Antes de este estudio, no podíamos reproducir la composición de partículas observada en invierno ”, dice Lyatt Jaeglé, quien fue el segundo autor del papel e investigador co-principal de la campaña de campo.

"Ahora tenemos una mejor herramienta para ver cuál es la mejor estrategia para mejorar la calidad del aire durante el invierno a escalas regionales en el este de los EE. UU. Y potencialmente en otros lugares, como Europa y Asia".

Química del aire de invierno

En el verano, algunos de los NOx emitidos y el dióxido de azufre permanecen en la fase gaseosa y son expulsados ​​por la luz solar o depositados en la tierra, y el resto forma partículas en forma de nitratos y sulfatos. A medida que los ingredientes primarios caen, también lo hacen los niveles de partículas.

Pero el nuevo análisis muestra que la química del aire de invierno sigue un camino más complejo. Con menos luz solar y temperaturas más frías, más de la química ocurre en la fase líquida, en las superficies de las partículas existentes o en las nubes de líquido y hielo. En esa fase, a medida que caen los ingredientes primarios, aumenta la eficiencia de la conversión del dióxido de azufre en sulfato, porque hay más oxidantes disponibles. Y a medida que disminuye el sulfato, las partículas se vuelven menos ácidas, lo que hace que los NOx se conviertan más fácilmente en nitratos.

Entonces, aunque las regulaciones de calidad del aire han reducido ambos tipos de emisiones primarias, la cantidad total de partículas que dañan la salud humana ha disminuido más lentamente.

“No es que las reducciones no estén funcionando. Es solo que las reducciones tienen un efecto de cancelación, y el efecto de cancelación tiene una fuerza establecida ", dice Shah, quien ahora es un investigador postdoctoral en la Universidad de Harvard. “Necesitamos hacer más reducciones. Una vez que las reducciones se vuelvan más grandes que el efecto de cancelación, entonces el invierno comenzará a comportarse más como el verano ".

¿Cómo cambiará la calidad del aire?

El estudio predice que, a menos que las reducciones de emisiones superen los pronósticos actuales, la calidad del aire en invierno continuará mejorando solo gradualmente hasta al menos 2023. A este ritmo, pasarán varios años antes de que las emisiones alcancen niveles cuando la contaminación del invierno comience a disminuir más rápidamente.

"Este documento muestra que comprender la química atmosférica subyacente que convierte los contaminantes primarios en partículas finas es fundamental para calibrar nuestras expectativas sobre lo que lograrán las reducciones de emisiones y, por lo tanto, cómo optimizar futuras reducciones de emisiones para continuar obteniendo el mayor impacto. "en términos de reducir las concentraciones de partículas finas", dice el tercer autor Joel Thornton, quien fue el investigador principal en la campaña de campo.

Los hallazgos sugieren que se necesitarán más reducciones de emisiones, tanto de azufre como de óxidos de nitrógeno, para mejorar la calidad del aire durante el invierno en el este de los EE. UU. Y otros climas fríos.

"Esta investigación ayuda a explicar por qué los controles de emisiones para reducir las sustancias de la contaminación del aire, como el sulfato y el nitrato, no han tenido el éxito esperado en el este de los EE. UU. En invierno", dice Sylvia Edgerton, directora del programa en la División de Atmósfera y Ciencia de la Fundación Nacional de Ciencias. Ciencias geoespaciales, que financió la investigación.

“La campaña de campo WINTER produjo un conjunto único de observaciones de invierno. Demuestran que las reacciones químicas durante los meses de invierno contrarrestan las reducciones esperadas en la contaminación del aire debido a la reducción de emisiones "

Coautores adicionales son de la Universidad de Washington; Georgia Tech; la Universidad de Colorado Boulder; Universidad Estatal de Colorado; Universidad Estatal de Carolina del Norte A&T; el Centro Nacional de Investigaciones Atmosféricas en Boulder; y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica en Boulder. La Fundación Nacional de Ciencia, con el apoyo en especie de la NASA y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, financió el trabajo.

Fuente: Universidad de Washington

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